[发明专利]一种消除核反应堆堆内密封筒焊接应力的方法

说明书

本发明公开了一种消除核反应堆堆内密封筒焊接应力的方法，所述密封筒包括非导磁管和磁性管，磁性管是由形状一致的导磁棒和非导磁棒交替焊接而成的圆环状焊接件，导磁棒和非导磁棒的截面均呈梯形；所述非导磁管和磁性管中的非导磁棒的材质均为1Cr18Ni10Ti，磁性管中导磁棒的材质为0Cr13，将焊接而成的密封筒毛坯连同位于密封筒毛坯芯部的工装一同置于热处理炉中进行热处理，其热处理工艺为：先升温至300~500℃保温0.5~1h进行均温处理，再升温至600~720℃并保温1~4h，随后冷却至室温，取出工装并加工后即得到消除应力的密封筒。将密封筒毛坯连同工装一同进行热处理，有利于保持密封筒整体的平直度和同轴度。该方法了不仅保证非导磁棒的低磁性，且接头和母材的力学性能良好。

技术领域

本发明涉及金属热处理领域，尤其是涉及一种消除核反应堆堆内密封筒焊接应力的方法。

背景技术

某新型核反应堆堆内密封筒（以下简称密封筒，如图1所示）包括非导磁管以及与非导磁管固定连接的磁性管，磁性管由8根导磁棒和8根非导磁棒交替焊接制造而成。考虑到核反应堆堆内密封筒使用的特殊性，现有技术中非导磁管和磁性管中的8根非导磁棒的材质均为固溶态1Cr18Ni10Ti（固溶态的1Cr18Ni10Ti在密封筒应用于核反应堆的过程中，满足密封筒的力学性能要求），1Cr18Ni10Ti为奥氏体不锈钢，奥氏体不锈钢具有弱磁性；磁性管中的8根导磁棒的材质为0Cr13，0Cr13属于能够导磁的不锈钢（根据其制备过程最终为铁素体不锈钢或马氏体不锈钢）。密封筒通过导磁棒与非导磁棒交替焊接实现驱动电机磁路设计，控制核反应堆燃料棒启动及停堆，但由于焊后残余应力较大致使密封筒在使用过程中出现变形、发热等问题，对核反应堆服役过程造成极大的安全隐患，为保证密封筒质量，需要采取措施降低密封筒结构的残余应力。

焊接接头残余应力消除的办法主要包括随焊碾压、振动时效、局部加热和整体热处理等。受环形结构形式所限，难以使用随焊碾压和振动时效的方法消除焊接残余应力；因密封筒中有环缝和纵缝，结构较复杂，且各焊缝距离较小，因此采用局部加热消应力的方法操作难度大。焊后整体热处理可大幅度减小焊接残余应力，是密封筒消应力的可行方法，但消应力热处理的实际效果取决于材料类型、保温温度和保温时间等，而且消应力热处理可能会对材料的使用性能造成影响，特别是可能会造成非导磁棒导磁性的升高，因此需制定出合理有效的消应力热处理方法，在保证不会明显改变非导磁棒的弱磁性的前提下，消除异种钢密封筒结构的焊接接头应力和基体残余应力。

一般而言，奥氏体不锈钢材料消除焊接残余应力的最佳热处理工艺通常为850℃~1050℃保温后缓冷，但在此温度区间奥氏体不锈钢的磁导率将严重升高，即会明显提高非导磁棒的导磁性，影响密封筒的使用效果；另外由于0Cr13钢通常为900℃以下退火态供货，在850℃~1050℃温度区间内消除残余应力将严重影响0Cr13钢的常规性能。为了兼顾1Cr18Ni10Ti奥氏体不锈钢及其接头的力学性能，可采用中温回火热处理，但该方法不能保证1Cr18Ni10Ti奥氏体不锈钢的磁导率和1Cr18Ni10Ti+0Cr13异种钢接头的力学性能，应力消除效果也不一定能得到保证。

因此，有必要寻找一种消除核反应堆堆内密封筒焊接应力的方法，在消除应力的同时还能够保证非导磁棒的弱磁性，保证密封筒的使用效果。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种消除核反应堆堆内密封筒焊接应力的方法，其在消除密封筒中残余应力的同时，还能保证非导磁棒的弱磁性。

本发明为了解决上述技术问题所采用的技术方案是：